CN104133109A

CN104133109A - 一种新型电力线路电量计量装置

Info

Publication number: CN104133109A
Application number: CN201410413586.4A
Authority: CN
Inventors: 张金波; 高祥龙; 张博; 鲁帅; 吴纵
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Jiangsu Taobo Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: CN104133109B

Abstract

本发明公开了一种新型电力线路电量计量装置，包括3个电量测量装置与电量计量装置，3个电量测量装置均通过无线收发模块与电量装置通过无线方式连接，电量测量装置包括电极、电能计量芯片以及开口式电流互感器，3个电量测量装置的电极分别挂接在被测高压线路A、B、C三相上，同时利用开口式电流互感器测量输电线路电流，分别将采集到的电流信号、电压相位信号送入电能计量芯片进行电能参数计量，计量得到的结果通过无线收发模块实时传送给电量计量装置，电量计量装置接收到数据后，对数据进行相应的计算处理，并在液晶显示器上实时显示A、B、C三相高压线路电能参数。

Description

一种新型电力线路电量计量装置

技术领域

本发明涉及一种新型电力线路电量计量装置，属于电力系统设备技术领域。

背景技术

随着社会用电负荷的不断增加，对供电可靠性要求也在不断提高，配电设备作为向用户供电的最后一个环节，其运行状况直接影响到对用户的供电质量，由于配电设备数量多、分布面广而散，受人员、测量设备及数量的限制，通常只需要计量几个或几十个用户的所用电量，最简单的方法是计量这些用户输入端10-35KV输电线路的电量。传统计量方法是采用高压电压互感器、电流互感器、防止雷击的避雷器及计量仪表进行计量，这种计量方法存在计量设备复杂、投资大、占地面积大等缺点，尤其是放在户外极易受到雷击而损坏计量设备，所以，传统计量设备已不能满足输电线路针对用户端负载用电量实时计量的需要。本发明文提出一种新型输电线路在线式电力电量计量装置，该装置采用电场法非接触方式获得电压相位信号、开口式电流互感器测量电流及无线通信技术，利用电量测量装置测量输电线路功率因数、电流有效值、功率因数和电流有效值乘积及电流谐波含量，并通过无线方式发送给电量计量装置，电量计量装置在测量电压有效值的同时，并接收来自电量测量装置输电线路功率因数、电流有效值、功率因数和电流有效值乘积及电流谐波含量，根据功率因数和电流有效值乘积及和电压有效值计算输电线路负载电量，并分别显示A相、B相和C相电压有效值、电流有效值、功率因数、电流各次谐波含量、总谐波含量、电压变比、电流变比及A相、B相和C相电量累计值，该装置的的使用可以大大提高输电线路电量计量的实时性、可靠性，减少运行成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何利用更简便的方法及装置实现高压输电线路电量的计量。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种新型电力线路电量计量装置，包括3个电量测量装置与电量计量装置，所述3个电量测量装置均通过无线收发模块与电量装置通过无线方式连接，所述电量测量装置包括电极、电量测量电路以及开口式电流互感器，所述3个电量测量装置的电极分别挂接在被测高压线路A、B、C三相上，根据场强法的原理，电极上会耦合出与被测线路同频同相的电压相位信号，同时利用开口式电流互感器测量输电线路电流，分别将采集到的电流信号、电压相位信号送入电量测量电路进行电能参数计量，计量得到的结果通过无线收发模块实时传送给电量计量装置，所述电量计量装置接收到数据后，对数据进行相应的计算处理，并在液晶显示器上实时显示A、B、C三相高压线路电能参数。

上述电量测量电路包括微控制器PIC18F4520、电流转换电路、电压相位采集电路、电源模块一、IDT-90E36电能计量模块、地址拨码开关一、无线发送模块，完成10-35KV高压线路上电流有效值、功率因数及电流谐波含量等电能参数的直接测量，同时根据电能计量装置的指令传输相应的数据，所述电源模块一为微控制器PIC18F4520和IDT-90E36电能计量模块供电，所述电流转换电路、电压相位采集电路与IDT-90E36电能计量模块连接，所述无线发送模块与微控制器PIC18F4520连接。

上电量计量装置包括STM32F103微控制器、三相电压采集模块、IDT-90E36电能计量模块二、地址拨码开关二、电源模块二、无线收发模块二、实时时钟模块、存储模块、人机交互模块、RS485通讯模块，主要完成采集电能数据的接收、分析计算以及结果分析、显示、存储和查询，所述电源模块二、无线收发模块、实时时钟模块、地址拨码开关二、存储模块、人机交互模块、RS485通讯模块分别与STM32F103微控制器连接。

上述3个电量测量装置外部均装有圆形均压罩；均压罩为0.5毫米铜材料，外形为圆形，没有棱角，均压罩内壁与电量测量装置的电源负极采用弹簧接触，在均压罩的外层安装有塑料保护罩，以防止10-35KV高压产生的电场对电量测量装置的影响，使线路板包裹在均压罩内部，防止电场击穿电子元器件。

上述电源模块一供电方式采用太阳能电池和蓄电池组合方式供电，工作电压为12VDC；太阳能板外形为圆形结构，由绝缘支架固定在杆塔上。

上述开口式电流互感器开口式电流互感器耐压能力达到10-35KV，一次边穿过输电线路，二次输出端接到电量测量电路；开口式电流互感器变比为30A/0.1A或10A/0.1A，材料为坡莫合金。

上述3个电量测量装置与电量计量装置之间的传送距离为200-300米。

上述电极包括金属弯钩、铜固定座、电感线圈、稳压二极管、放电管、功率电阻、线路板；铜固定座由螺丝固定在线路上，电感线圈、稳压二极管、放电管、功率电阻分别焊接在线路板上；金属弯钩由螺纹拧在铜固定座螺纹口上；金属弯钩是圆型或者Y型，挂接在输电线路上；电感线圈为空芯电感线圈；功率电阻、电感线圈、稳压二极管分别串联连接在一起，并与放电管并联连接，从稳压管两端输出的方波信号送给电量测量电路中电压相位采集电路的输入端；电极利用电场耦合获得电压相位信号，代替传统的高压电压互感器，使测量装置的体积、成本、价格大大减少。

本发明所具有的积极效果是：（1）电量测量装置和电量计量装置通过无线方式传递信息，电量测量装置主要作为电能测量，电量计量装置主要作为电能计量；（2）电量测量装置上装有电极分别挂接在被测高压线路A、B、C三相上，根据场强法的原理，电极上会耦合出与被测线路同频同相的电压小信号，同时利用开口式电流互感器测量输电线路电流，分别将采集到的电流信号、电压相位信号送入电能计量芯片进行电能参数计量，计量得到的结果通过无线收发模块实时传送给电量计量装置；（3）电量计量装置接收到数据后，对数据进行相应的计算处理，并在液晶显示器上实时显示A、B、C三相高压线路电能参数。

附图说明

图1为本发明的高压输电线电能计量的总体结构图。

图2为本发明的电量测量装置结构框图。

图3为本发明的电量计量装置结构框图。

图4为本发明的电极的结构示意图。

图5 为本发明的电量测量装置程序流程图。

图6为本发明的电量计量装置软件流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种新型电力线路电量计量装置，包括3个电量测量装置与电量计量装置，所述3个电量测量装置均通过无线收发模块与电量装置通过无线方式连接，所述电量测量装置包括电极、电能计量芯片以及开口式电流互感器，所述3个电量测量装置的电极分别挂接在被测高压线路A、B、C三相上，根据场强法的原理，电极上会耦合出与被测线路同频同相的电压小信号，同时利用开口式电流互感器测量输电线路电流，分别将采集到的电流信号、电压相位信号送入电能计量芯片进行电能参数计量，计量得到的结果通过无线收发模块实时传送给电量计量装置，所述电量计量装置接收到数据后，对数据进行相应的计算处理，并在液晶显示器上实时显示A、B、C三相高压线路电能参数。

如图2所示，电量测量装置主要完成高压线路上电流有效值、功率因数及电流谐波含量等电能参数的测量，同时根据电能计量装置的指令传输相应的数据。电量测量电路包括微控制器PIC18F4520、电流转换电路、电压相位采集电路、电源模块一、IDT-90E36电能计量模块、地址拨码开关一、无线发送模块，完成10-35KV高压线路上电流有效值、功率因数及电流谐波含量等电能参数的直接测量，同时根据电能计量装置的指令传输相应的数据，所述电源模块一为微控制器PIC18F4520和IDT-90E36电能计量模块供电，所述电流转换电路、电压相位采集电路与IDT-90E36电能计量模块连接，所述无线发送模块与微控制器PIC18F4520连接。

如图3所示，上电量计量装置包括STM32F103微控制器、三相电压采集模块、IDT-90E36电能计量模块二、地址拨码开关二、电源模块二、无线收发模块二、实时时钟模块、存储模块、人机交互模块、RS485通讯模块，主要完成采集电能数据的接收、分析计算以及结果分析、显示、存储和查询，所述电源模块二、无线收发模块、实时时钟模块、地址拨码开关二、存储模块、人机交互模块、RS485通讯模块分别与STM32F103微控制器连接。

如图4所示，上述电极包括金属弯钩、铜固定座、电感线圈、稳压二极管、放电管、功率电阻、线路板；铜固定座由螺丝固定在线路上，电感线圈、稳压二极管、放电管、功率电阻分别焊接在线路板上；金属弯钩由螺纹拧在铜固定座螺纹口上；金属弯钩是圆型或者Y型，挂接在输电线路上；电感线圈为空芯电感线圈；功率电阻、电感线圈、稳压二极管分别串联连接在一起，并与放电管并联连接，从稳压管两端输出的方波信号送给电量测量电路中电压相位采集电路的输入端；电极利用电场耦合获得电压相位信号，代替传统的高压电压互感器，使测量装置的体积、成本、价格大大减少。

电能计量装置软件部分包括电量测量装置软件设计和电量计量装置软件设计，电能测量装置和电量计量装置之间通过无线收发模块交换数据，由于实际应用中电能测量装置有3个挂接在高压线路A、B、C三相上，而无线收发模块之间的通信为半双工通信，所以为使多个电能测量装置与电量计量装置准确无误的交换数据，装置之间通信采用ModBus协议，采用协议RTU模式。电能测量装置上的无线收发模块一直处于接收状态，当接收到电能计量装置发来的指令时，首先将接收到的指令地址位和自身拨码开关设定的地址进行比较，若相同则响应电能计量装置的功能需求，发送所需的数据，否则不响应，其具体程序流程图如图4所示。电量计量装置主要作为中心控制系统，定时向挂接在A、B、C三相高压线路上的电量测量装置发送数据请求，并对接收到的数据进行计量，同时将计算处理完成的电能参数结果实时显示在液晶屏上，主程序流程图如图5、图6所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种新型电力线路电量计量装置，其特征在于，包括3个电量测量装置与电量计量装置，所述3个电量测量装置均通过无线收发模块与电量装置通过无线方式连接，所述电量测量装置包括电极、电量测量电路以及开口式电流互感器，所述3个电量测量装置的电极分别挂接在被测高压线路A、B、C三相上，根据场强法的原理，电极上会耦合出与被测线路同频同相的电压相位信号，同时利用开口式电流互感器测量输电线路电流，分别将采集到的电流信号、电压相位信号送入电量测量电路进行电能参数计量，计量得到的结果通过无线收发模块实时传送给电量计量装置，所述电量计量装置接收到数据后，对数据进行相应的计算处理，并在液晶显示器上实时显示A、B、C三相高压线路电能参数。

2.如权利要求1所述的一种新型电力线路电量计量装置，其特征在于，所述电量测量电路包括微控制器PIC18F4520、电流转换电路、电压相位采集电路、电源模块一、IDT-90E36电能计量模块、地址拨码开关一、无线发送模块，完成10-35KV高压线路上电流有效值、功率因数及电流谐波含量等电能参数的直接测量，同时根据电能计量装置的指令传输相应的数据，所述电源模块一为微控制器PIC18F4520和IDT-90E36电能计量模块供电，所述电流转换电路、电压相位采集电路与IDT-90E36电能计量模块连接，所述无线发送模块与微控制器PIC18F4520连接。

3.如权利要求1所述的一种新型电力线路电量计量装置，其特征在于，所述电量计量装置包括STM32F103微控制器、三相电压采集模块、IDT-90E36电能计量模块二、地址拨码开关二、电源模块二、无线收发模块二、实时时钟模块、存储模块、人机交互模块、RS485通讯模块，主要完成采集电能数据的接收、分析计算以及结果分析、显示、存储和查询，所述电源模块二、无线收发模块、实时时钟模块、地址拨码开关二、存储模块、人机交互模块、RS485通讯模块分别与STM32F103微控制器连接。

4.如权利要求1所述的一种新型电力线路电量计量装置，其特征在于，所述3个电量测量装置外部均装有圆形均压罩；均压罩为0.5毫米铜材料，外形为圆形，没有棱角，均压罩内壁与电量测量装置的电源负极采用弹簧接触，在均压罩的外层安装有塑料保护罩，以防止10-35KV高压产生的电场对电量测量装置的影响，使线路板包裹在均压罩内部，防止电场击穿电子元器件。

5.如权利要求2所述的一种新型电力线路电量计量装置，其特征在于，所述电源模块一供电方式采用太阳能电池和蓄电池组合方式供电，工作电压为12VDC；太阳能板外形为圆形结构，由绝缘支架固定在杆塔上。

6.如权利要求1所述的一种新型电力线路电量计量装置，其特征在于，所述开口式电流互感器开口式电流互感器耐压能力达到10-35KV，一次边穿过输电线路，二次输出端接到电量测量电路；开口式电流互感器变比为30A/0.1A或10A/0.1A，材料为坡莫合金。

7.如权利要求1所述的一种新型电力线路电量计量装置，其特征在于，所述3个电量测量装置与电量计量装置之间的传送距离为200-300米。

8.如权利要求1-2所述的一种新型电力线路电量计量装置，其特征在于，所述电极包括金属弯钩、铜固定座、电感线圈、稳压二极管、放电管、功率电阻、线路板；铜固定座由螺丝固定在线路上，电感线圈、稳压二极管、放电管、功率电阻分别焊接在线路板上；金属弯钩由螺纹拧在铜固定座螺纹口上；金属弯钩是圆型或者Y型，挂接在输电线路上；电感线圈为空芯电感线圈；功率电阻、电感线圈、稳压二极管分别串联连接在一起，并与放电管并联连接，从稳压管两端输出的方波信号送给电量测量电路中电压相位采集电路的输入端。